1.2. Гало

Це дивовижне явище сприймалось в давнину як "господнє знамення". Спостерігаючи на небосхилі світлові кільця (вони виникають навколо Місяця або Сонця), хрести, стовпи, які мали червонуватий відтінок, люди сприймали їх як "знамення", святі хрести і т.д.

Якщо Сонце і Місяць просвічуються через перисто-шарові хмари, які складаються в основному з льодяних кристаликів, то на небі часто з'являються світлові явища, які називаються гало.

Частіше спостерігається гало у вигляді одного кільця навколо Сонця або Місяця. В основному воно виникає коли тиха і ясна погода змінюється вітряною, тиск повітря падає, небо робиться білуватим, так що Сонце світить ніби через матове скло. У такі дні і виникає навколо Сонця яскраве кільце, радіус якого спостерігач бачить під кутом 22°. Розглянемо структуру гало в загальному випадку.

Рис. 8 умовний.

Де а – мале гало;

f – велике гало.

с₁,с₂- несправжні сонця малого гало;

s- дотична дуга у малого гало;

с₃,с₄- несправжні сонця великого гало;

h -нижні дотичні дуги великого гало;

і - верхня дотична дуга великого гало;

k -горизонтальний круг;

т -світловий хрест;

Повна структура гало в дійсності ніколи не спостерігалась. Гало може бути представлено лише кільцем з кутовим радіусом 22°. В інших випадках мале гало доповнюється несправжніми сонцями або хрестом, який ніби накладається на сонячний диск. Горизонтальне коло і велике гало видимі не повністю, а частково - у вигляді окремих дуг. Частіше всього повністю видно мале гало, але і воно може бути представлено у вигляді окремих дух. Поява перед спостерігачем тих чи інших гало залежить від стану атмосфери, характеру хмар в даний момент часу.

Гало спостерігається на фоні перисто-шарових чи інших хмар. Які складаються із маленьких кристалів. Причина виникнення гало -заломлення світла в льодяних кристаликах і відбивання від їх граней. Заломлення світлового променя приводить до того, що з'являється зафарбовані у веселкові кольори елементи гало. При відбиванні виникають білі елементи гало. Гало спостерігається досить рідко. Для виникнення гало важливо, щоб більшість кристаликів мали правильну форму, а точніше форму шестигранної призми, які в окремих випадках можуть мати на торцях шестикутні пластинки. Підкреслимо, що своєю симетрією гало зобов'язані правильній формі льодяних кристаликів. Дуже велику роль грає упорядкована орієнтація в просторі осей кристаликів.

Мале гало, як і велике виникає в результаті дворазового заломлення променів в кристаликах-призмах. Спостерігач бачить гало під найменшим кутом відхилення променів.

Розглянемо хід променя певної довжини через тригранну призму із заломлюючим кутом θ і показником заломлення п(Рис. 9. а).

Зображений на малюнку промінь падає на ліву грань призми підкутом α₁. Використовуючи закон заломлення в точках А і В запишемо:

В результаті проходження через призму промінь відхиляється відпочаткового напрямку на C₁СB;позначимо його через δ.

Враховуючи, що C₁СB= CAB+ CBAмаємо:

(19)

Маємо також, що D₁DB = DAB + ABD = β_l+β₂

Оскільки D₁DB = AOBто β_l+β₂=θ(20)

(21)

Розглянемо випадок із симетричним проходженням променя в призмі - коли траєкторія променя симетрична відносно бісектриси заломленого кута (мал. 9. б.). У даному випадку

α₁=а₂=α;δ=2α-θ;β₁=β₂=β=

Перепишемо закон заломлення:

(22)

Звідси маємо (23)

Кут відхилення світлового променя при проходженні через призму є найменшим при симетричному проходженні променя. Пояснимо виникнення малого гало.

ІД є замкнуте світлове кільце, крім тих випадків, коли перисто-шарові хмари нерівномірно розподілені по небу; воно яскравіше зверху або знизу, справа чи зліва у звичайних випадках, рідше у проміжних напрямках. Внутрішній край різко обмежений і забарвлений у червоний колір. За ним слідує жовтий, не яскравий і переходить у білий. Мале гало виникає внаслідок дворазового заломлення променя в шестигранній призмі (льодяному кристалі). Це відповідає проходженню променя через тригранну призму із заломлюючим кутом Q= 60° (рис. 10) (рисунок умовний). Промені, які виходять із кристаликів будуть найбільш "згущені" тоді, коли вони випробовують в призмі найменше відхилення. Щоб знайти кут відхилення променя δскористаємось формулою (23), взявши до уваги, що Q=60°і n = 1,31. В результаті маємо δ = 22°. Таким чином, спостерігач буде бачити кільце, яке світиться, з кутовим радіусом 22°.

Інтенсивність свічення кільця буде однаковою по всьому колу при умові, що осі шестигранних льодяних призм розміщені хаотично. Якщовони розміщені більш-менш впорядковано, то окремі частини кола будуть більш яскравішими. Можливо, що спостерігач побачить лише деякі частини світлового кільця.

В льодяних кристаликах заломлюються промені із різними довжинами хвиль. Внаслідок дисперсії кільце гало є зафарбоване в кольори веселки. Найменший кут відхилення для червоних променів дорівнює 21°30' (п= 1,307), а для фіолетових променів 22°20' (n = 1,317), тому внутрішній край кільця гало є червоний.

Тепер розглянемо структуру великого гало. Воно виникає внаслідок дворазового заломлення світлового променя в шестигранній льодяній призмі. Таке точно заломлення випробував би промінь в трьохгранній призмі із заломлюючим кутом 90°. Підставимо Q= 90° і n = 1,31 у формулу (23) і маємо, що δ= 46°. В результаті спостерігач буде бачити кільце гало з кутовим радіусом в 46°.

Дисперсія світла при заломленні приводить до того, що велике гало, як і мале гало, є зафарбоване у веселкові кольори. Чергування кольорів у великому гало таке ж, як і в малому. Червоний край (внутрішній) великого гало спостерігач бачить під кутом 45°10', а фіолетовий –підкутом 48°10'.